Учитывая возможности электричества в 1840г. военном Инженерном ведомстве было создано Техническое Гальваническое заведение, в котором обучались военнослужащие обращению с электроприборами, а также выполнялись исследовательские и конструкторские функции. К военноэлектрической проблематике был подключен физик мирового уровня Б.С.Якоби, роль которого трудно переоценить в развитии нового направления военной науки.
Техническое Гальваническое заведение может гордиться, своим выпускником 1869г. П.Н.Яблочковым, внедрившим в мировую практику применение переменных токов, трансформаторы и дуговые светильники под названием «Русский свет», но это будет позже, а сейчас электрические запалы входят в практику русской армии и широко используются в войне на Кавказе – Чечне и Дагестане. Иногда армия выполняет и заказы гражданских ведомств – очищает взрывами от заторов льда реку Нарва или Кронштадтскую гавань. ( 9 )
Минная война
Крымская война разразилась в 1853г. Коалиция западных стран в очередной раз вмешалась в дела стран, лежащих далеко от пределов их границ, не давая возможностей мирного развития России. Основные события развернулись на Черном море. Союзники против российского парусного флота применяют уже паровой, а против гладкоствольных русских ружей применяют винтовки. Нашим соотечественникам флот пришлось утопить, чтобы не позволить вражеским пароходам войти в бухты Севастополя. Что же касается винтовок агрессора, то пули из них безнаказанно поражали с расстояний, недоступным русским ружьям. Плохо быть технически отсталой страной. А этот опыт как-то не учли наши современные реформаторы.
При осаде неприятелем Севастополя пришлось возводить средневековую инженерную защиту – рвы, бастионы, защитные стенки. Тогда шансы стрелков уравнивались. В ближнем бою годились и ружья, а всем известной была сила русского штыка. К укреплениям противники боялись приближаться. Тогда союзники начали минную войну. Что это такое?
Чтобы избежать потерь под стенами осажденной крепости, саперы нападающей армии прокладывают под землей галереи, шурфы, сапы. Роют норы под самые стены укреплений, закладывают взрывчатку и подрывают. Гибнут защитники, а разрушенные сооружения брать легче. Защитники же ведут контрминную войну. И все это связано с большим количеством подземных работ.
При защите Севастополя саперами России было произведено большое количество земляных работ. За семь месяцев подземной минной войны защитники проложили под землей 7 км коммуникаций. И все лопатой и киркой без вентиляции. Это были в большинстве своем норы. Инженера А.Б.Мельникова, руководителя подземных работ, друзья в шутку называли «Обер-кротом».
Отсутствие вентиляции обычно усугубляется еще и дымным воздухом поля битвы. Гарь пороха и дым, содержащие в себе опасный для человека угарный газ, бывают страшнее пуль. У саперов появляется так называемая минная болезнь. Вот симптомы ее серьезного проявления: «Больной внезапно падает, дыхание его останавливается и при явлениях бессознательного состояния и судорог наступает смерть». ( 11 )
Принудительную вентиляцию в условиях войны организовать невозможно. Увеличивать диаметры нор – значит терять время. Оставался один резерв: освещение подземных работ. Обычно саперы пользовались свечами. Они служили и источниками огня при подрыве, их же можно было использовать для задержки времени, чтобы дать возможность саперу уйти из зоны поражения. К заряду подсыпалась дорожка из пороха и в нее вставлялся огарок свечи. Когда он догорал – происходил взрыв. Понятно, что работа с порохом и открытым огнем приводила к большим потерям от несчастных случаев
Но не только этим был плох открытый огонь. Вот что написано в учебнике химии того времени: «Человек сжигает своим дыханием каждый час 10 г. углерода. Горение свечи, лампы и газа изменяет состав воздуха так же, как дыхание человека». ( 12 ). Если воспользоваться источником света, который не потребляет кислорода, проблемы вентиляции саперов были бы решены наполовину. Такой свет можно было создать с помощью электричества. И к этому у военных были все предпосылки. Источник электричества у них был без дела почти все время, исключая секунды для подрыва.
Опыт Крымской войны показал, что электрический метод подрыва, применяемый русскими минерами, был более надежным и удобным, чем огневой, применяемый союзниками. Например, число отказов при взрывах у русских минеров составляло лишь 1%, а у противника 22%.
Для внедрения электроосвещения под землей оставалось за немногим. Нужно было заняться этим вопросом вплотную. А это можно было сделать только после окончания войны.
Первые попытки внедрения
Поражение России в Крымской войне и успехи в ней минной войны убедили генералитет в необходимости лидирования в области применения электричества в военном деле. С 1866г. начинаются первые попытки применения электроосвещения под землей. Применение для освещения подземных работ яркого света электрической дуги было безрассудным .Единственно возможным способом в то время было освещение с помощью трубок Гейслера. Таковая и поныне экспонируется в Политехническом музее Москвы. Что это такое?
Немецкий изобретатель Генрих Гейслер после изобретения ртутного насоса, будучи стеклодувом, основал в Бонне мастерскую научных приборов. С 1858г. он начал массовый выпуск стеклянных трубок различных конфигураций и размеров с двумя электродами в вакуумное пространство, заполнявшееся разными разреженными газами. В электрическом поле они светили различными цветами (разный состав газа) даже от обыкновенной электрофорной машины. (Вспомним открытие Гауксби). С широким внедрением гальванических элементов трубку можно было зажечь от них, но с помощью индукционных катушек, которые повышали напряжение до высоких потенциалов.
Трубки были высококачественными, изготавливались в больших количествах и поэтому получили имя изготовителя трубок. Находили они применение в демонстрационных целях физических кабинетов гимназий и университетов. А также в научных целях в спектроскопии газов. Инженерное ведомство сделало попытку освещения подземных работ с помощью таких трубок
В нашем распоряжении имеются результаты первых таких попыток. Применялись элементы Бунзена и индукционная катушка Румкорфа. Менялись напряжения питания катушки и частота тока трубки, а также длина питающих проводов. Испытания проводились под землей в реальных условиях Усть-Ижорского лагеря.
Трубка давала «беловатый сильно мерцающий свет. На стене на расстоянии метра образовывалось пятно такой яркости, что можно было отличать печатные буквы от письменных, но читать затруднительно».
Вполне объяснимая в полевых условиях сырость сильно влияла на результаты испытаний. Высокое напряжение ощущали испытатели в виде ударов током. Катушка Румкорфа отсырела и работала нестабильно. Контакт самопрерывателя беспрестанно подгорал, и требовалась зачистка. Вот заключение саперных инженеров: «Эти обстоятельства заставляют сомневаться в успешности применения трубки Гейслера, как по слабому их свету, так и по сложности с которой нужно обращаться с этими приборами».
Так трубкам Гейслера был вынесен приговор, но он не был окончательным для применения электричества вообще. В акте об испытаниях звучат и оптимистические ноты: «Трубки Гейслера давали мало надежды на успешное применение их к работам в минных галереях, в то же время занялись приисканием более надежного средства». Подполковник Сергеев, например, «предложил воспользоваться прибором наподобие предложенных им осветительных аппаратов для свидетельствования каналов в орудиях. Устройство основано на раскаливании платиновой проволоки» ( 13 ).
Необходимость – путь к изобретению
Стволы артиллерийских орудий после многократных выстрелов под действием пороховых газов неравномерно изнашиваются. Для их дефектировки издавна использовался «Прибор для осмотров канала ствола». В комплект прибора входило зеркало, укрепленное на шомполе длиной около 2 метров и свечки на специальном штыре. Процесс сводился к тому, что при помощи свечи освещался участок ствола, а его состояние видно было по отражению в зеркале.
Понятно, что такой ответственный контроль (а стволы, бывает, разрываются) в неверном отражении колеблющегося пламени свечи не мог быть качественным. Поэтому раскаленная платиновая проволока при такой же яркости, как свеча, но дававшая ровный свет, была предпочтительней. Осветительный аппарат В.Г.Сергеева не сохранился, хотя устройство для «осмотра каналов ствола» есть в фондах Музея артиллерии Петербурга. Обидно, но первый светильник на принципе накаливания не сохранился и нет о нем никаких сведений.
Идея использования раскаленной платиновой нити для освещения подземных работ была поддержана командованием и приказано воплотить ее в жизнь тому же Сергееву. Он заведовал мастерскими Саперного батальона, поэтому сложностей при изготовлении образцов не было. Положение упрощалось тем, что к окончанию войны в России были разработаны новые более, более мощные взрывчатые вещества, некоторые из них от пламени не взрывались. Для возбуждения взрыва их стали применять малый заряд пороха с направленным взрывом, служивший детонатором.
Конструкция такого заряд-детонатора была предложена в 1865г. Д.И.Андриевским. В этом запале были использованы железные опилки для образования кумулятивной выемки. (Рис.1). Порох здесь поджигался платиновой нитью, раскаливаемой током. Без пороха и железных опилок этот запал представлял собой элементарный электрический фонарик с коническим отражателем.
Однако применять в таком виде светильник было невозможно. Мало того, что он мог послужить причиной взрыва при закладке заряда в горн, как и свеча. Но для работы в местах, где имеется болотный газ, его надо было окружать предохраняющей от взрыва сеткой Дэви, как это сделано в шахтерских лампах. Или придумывать что-то другое. В.Г.Сергеев от сетки отказывается.